JP6877989B2 - Machine tool temperature estimation method and thermal displacement correction method - Google Patents
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Description
本発明は、工作機械において、温度センサ等の温度検出手段で直接温度を検出できない部位の温度を推定する方法と、その推定温度に基づいて熱変位を補正する方法とに関する。 The present invention relates to a method of estimating the temperature of a portion of a machine tool whose temperature cannot be directly detected by a temperature detecting means such as a temperature sensor, and a method of correcting thermal displacement based on the estimated temperature.
工作機械を用いて加工を行う場合、主軸や送り軸動作などの機械発熱、及び工作機械の設置環境の温度変化や、クーラントの温度変化などの影響により、工作機械各部が熱変形を起こす。こうした熱変位は、工具とワークとの相対位置を変化させることになるため、加工中に工作機械に熱変位が生じると、ワークの加工精度が悪化してしまう。
加工においては多くの場合クーラントが使用される。クーラントを使用する場合、吐出開始時においてはクーラントとワークや構造体との温度差による急激な温度変化により大きな変位が生じる場合がある。一方、クーラントの吐出を停止した場合には、ワークや構造体の表面からの水の蒸発による気化熱で急激な温度変化が生じる。この影響により加工を再開したときに大きな変位が生じる場合がある。
工作機械の熱変位を抑制する方法として、工作機械の構造体各部に温度センサを取り付け、測定した温度を元に変位量を計算し、それに応じて軸移動量を変化させる熱変位補正が広く用いられている。しかし、工作機械には回転部や可動部が多く、配線などの制約から温度の測定が困難な部位も多い。また、工作機械へ着脱されるワークや工具に関しても、直接温度を測定することは困難である。そのため、測定困難な部位の代わりに測定が容易な部位の温度を使って補正する方法が考えられるが、異なる部位では温度差があるために熱変位の推定精度が低下し、補正誤差が大きくなってしまうことがある。さらに温度測定が困難な部位はクーラントの影響も受けやすい部位であることが多く、さらに補正誤差が大きくなる傾向がある。
When machining is performed using a machine tool, each part of the machine tool undergoes thermal deformation due to the effects of machine heat generation such as spindle and feed shaft movements, temperature changes in the machine tool installation environment, and coolant temperature changes. Since such thermal displacement changes the relative position between the tool and the work, if thermal displacement occurs in the machine tool during machining, the machining accuracy of the work deteriorates.
Coolants are often used in processing. When a coolant is used, a large displacement may occur at the start of discharge due to a sudden temperature change due to a temperature difference between the coolant and the work or structure. On the other hand, when the discharge of the coolant is stopped, a rapid temperature change occurs due to the heat of vaporization due to the evaporation of water from the surface of the work or the structure. Due to this effect, a large displacement may occur when machining is restarted.
As a method of suppressing thermal displacement of a machine tool, thermal displacement correction is widely used, in which temperature sensors are attached to each part of the structure of the machine tool, the amount of displacement is calculated based on the measured temperature, and the amount of axial movement is changed accordingly. Has been done. However, machine tools have many rotating parts and moving parts, and there are many parts where it is difficult to measure the temperature due to restrictions such as wiring. In addition, it is difficult to directly measure the temperature of workpieces and tools that are attached to and detached from machine tools. Therefore, a method of correcting by using the temperature of the part that is easy to measure instead of the part that is difficult to measure can be considered, but the estimation accuracy of thermal displacement is lowered due to the temperature difference in different parts, and the correction error becomes large. It may end up. Further, the part where the temperature measurement is difficult is often the part which is easily affected by the coolant, and the correction error tends to be larger.
以上の問題に対する対策として、特許文献１には、回転部であり温度センサの取り付けが困難なタレットヘッドに温度模擬ブロックを設けて、温度模擬ブロックによってタレットヘッドの温度を間接的に測定する発明が開示されている。この温度模擬ブロックは、タレットヘッドに近い熱容量になるように設計され、噴射前のクーラントを熱的に接触させている。この温度模擬ブロックの温度を使用することで、精度よく熱変位の推定を行うことができるとしている。
特許文献２には、主軸熱変位の推定について、クーラントを使用しているときと使用していないときで異なる係数を使用し、クーラントの使用時には、主軸とクーラントとの温度差に応じて係数を調整することで、クーラントの影響による誤差を補正する発明が開示されている。
特許文献３には、クーラントの温度変化の傾向を判定し、温度上昇時と温度下降時でフィルタ係数を使い分けることで、クーラントの影響を受ける構造体の温度を精度よく推定する発明が開示されている。
As a countermeasure against the above problems,
しかしながら、特許文献１の方法では、クーラントを使用して加工することを前提としている。クーラントを使用せずに加工を行う場合は、タレットヘッドと温度模擬ブロックとで周囲環境が異なるため温度差が大きくなり、補正誤差が大きくなると考えられる。また、タレットヘッドの大きさが異なる機械では、それに合わせて温度模擬ブロックも変更しなければならないため、工作機械の設計や製造時の手間が多くなる。
特許文献２に記載の方法では、主軸熱変位の推定について、クーラントを使用しているときと使用していないときで異なる係数を使用するため、クーラントを使用しているときと使用していないときのどちらにも対応可能である。しかし、実用上は困難な点もある。
ここでは主軸とクーラントとの温度差に応じて係数を調整するが、その調整方法は実験に基づいて決定する旨が記載されている。しかし実際は、単純に主軸とクーラントの温度差を元にした係数の調整は困難であることが予想される。例えば、主軸温度が高くクーラントの温度が室温に近い場合と、主軸温度は高くないがクーラントの温度が室温よりも低い場合とでは、同じ温度差であっても影響が異なることが予想される。その場合、さまざまな主軸温度・クーラント温度に対して熱変位を測定して係数を決めなければならず、多くの実験データが必要となる。また、過渡状態について、クーラントの使用停止後の変化については改善する方法が記載されているが、吐出開始後の変化については記載されていない。
特許文献３に記載の方法では、クーラントを使用する場合と使用しない場合との違いについては考慮されておらず、クーラントを使用しない場合は補正誤差が大きくなると考えられる。
そして、特許文献２と特許文献３に記載のいずれの方法を用いても、吐出開始時のクーラントとワークや構造体との温度差が大きい場合に生じる急激な変化については対応することができない。
However, the method of
In the method described in
Here, it is stated that the coefficient is adjusted according to the temperature difference between the spindle and the coolant, but the adjustment method is determined based on an experiment. However, in reality, it is expected that it will be difficult to simply adjust the coefficient based on the temperature difference between the spindle and the coolant. For example, when the spindle temperature is high and the coolant temperature is close to room temperature, and when the spindle temperature is not high but the coolant temperature is lower than room temperature, it is expected that the effects will be different even if the temperature difference is the same. In that case, it is necessary to measure the thermal displacement for various spindle temperatures and coolant temperatures to determine the coefficient, which requires a lot of experimental data. Further, regarding the transient state, a method for improving the change after the use of the coolant is stopped is described, but the change after the start of discharge is not described.
In the method described in
Further, neither of the methods described in
そこで、本発明は、温度を直接測定することが困難な部位の温度を、簡易な方法で精度よく推定する工作機械の温度推定方法と、推定した温度に基づく熱変位補正方法とを提供することを目的としたものである。 Therefore, the present invention provides a method for estimating the temperature of a machine tool that accurately estimates the temperature of a portion where it is difficult to directly measure the temperature by a simple method, and a method for correcting thermal displacement based on the estimated temperature. The purpose is.
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、温度センサがそれぞれ設置される構造体である複数の設置構造体と、設置構造体と異なる構造体で、温度センサが設置されない非設置構造体とを有する工作機械において、非設置構造体の温度を推定する方法であって、
２以上の異なる温度センサによる温度情報を取得する温度情報取得ステップと、ＯＮ・ＯＦＦの２種類の状態で表される所定の運転情報を取得する運転情報取得ステップと、運転情報のＯＮからＯＦＦ或いはＯＦＦからＯＮへの切り替わりを基準時間として、基準時間からの経過時間に応じて変化するように各温度情報に対する係数をそれぞれ決定する係数決定ステップと、温度情報と温度情報に対する係数とに基づいて非設置構造体の温度を推定する温度推定ステップと、を実行することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、係数決定ステップでは、運転情報をフラグとして表すと共に、１つ以上の時定数を予め設定しておき、フラグに対して時定数を用いて遅れ処理を行うことにより、任意の時点における各温度情報に対する係数を決定することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２の構成において、時定数は、運転情報がＯＮからＯＦＦに切り替わったときと、ＯＦＦからＯＮに切り替わったときとで異なる値であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの構成において、工作機械は、クーラントの使用が可能で、温度情報は、設置構造体の温度に加えて、クーラント温度を含み、運転情報は、クーラントの吐出・停止であって、
係数決定ステップでは、クーラントの吐出から停止或いは停止から吐出への切り替わりを基準時間として、基準時間からの経過時間に応じて変化するように設置構造体の温度とクーラント温度とのそれぞれに対して温度情報に対する係数を決定し、温度推定ステップでは、設置構造体の温度とクーラント温度と、温度情報に対する係数とに基づいて非設置構造体の温度を推定することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４の構成において、係数決定ステップでは、２つの時定数を予め設定しておき、フラグに対して各時定数をそれぞれ用いて遅れ処理を行うことにより、温度情報に対する係数を決定し、温度推定ステップでは、遅れ処理を行った２つの時定数の差分に所定の係数を掛けることにより、クーラントの停止後の気化熱による温度変化を推定し、その温度変化を加味して非設置構造体の温度を推定することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５の構成において、構造体の周囲又は加工空間に湿度計を設置し、湿度計で測定された湿度に応じて時定数及び／又は所定の係数を変化させることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの構成において、工作機械は、ワークへの加熱による加工又は熱処理が可能な加熱装置を備え、温度情報は、設置構造体の温度に加えて、ワークへの加熱温度を含み、運転情報は、加熱装置の運転・停止であって、
係数決定ステップでは、加熱装置の運転から停止或いは停止から運転への切り替わりを基準時間として、基準時間からの経過時間に応じて変化するように設置構造体の温度と加熱温度とのそれぞれに対して温度情報に対する係数を決定し、温度推定ステップでは、設置構造体の温度と加熱温度と、温度情報に対する係数とに基づいて非設置構造体の温度を推定することを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項２，３，５，６の何れかの構成において、時定数は、ワーク、工具、治具、ツーリングのうち少なくとも１つの種類に応じて設定されることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、温度センサがそれぞれ設置される構造体である複数の設置構造体と、設置構造体と異なる構造体で、温度センサが設置されない非設置構造体とを有する工作機械において、非設置構造体の熱変位を補正する方法であって、
請求項１乃至８の何れかに記載の温度推定方法を用いて非設置構造体の温度を推定する非設置構造体温度推定ステップと、推定された温度を用いて熱変位量を計算する熱変位算出ステップと、算出された熱変位量に基づいて工具の刃先位置を補正する補正ステップと、を実行することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
A temperature information acquisition step of acquiring temperature information by two or more different name Ru temperature sensor, and the driving information acquiring step of acquiring predetermined operation information represented by two states of ON · OFF, the ON operation information Based on the coefficient determination step of determining the coefficient for each temperature information so as to change according to the elapsed time from the reference time, and the coefficient for the temperature information and the temperature information, with the switching from OFF or OFF to ON as the reference time. It is characterized by performing a temperature estimation step of estimating the temperature of the non-installed structure.
According to the second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, in the coefficient determination step, the operation information is represented as a flag, one or more time constants are set in advance, and the time constant is used for the flag. It is characterized in that the coefficient for each temperature information at an arbitrary time point is determined by performing the delay processing.
The invention according to
The invention according to
In the coefficient determination step, the temperature is set with respect to the temperature of the installed structure and the coolant temperature so as to change according to the elapsed time from the reference time, with the switching from the discharge of the coolant to the stop or the switching from the stop to the discharge as the reference time. The coefficient for information is determined, and the temperature estimation step is characterized in estimating the temperature of the non-installed structure based on the temperature of the installed structure, the coolant temperature, and the coefficient for the temperature information.
According to the fifth aspect of the present invention, in the configuration of the fourth aspect, two time constants are set in advance in the coefficient determination step, and delay processing is performed using each time constant for the flag. The coefficient for the temperature information is determined, and in the temperature estimation step, the temperature change due to the heat of vaporization after the coolant is stopped is estimated by multiplying the difference between the two time constants subjected to the delay processing by a predetermined coefficient, and the temperature change is estimated. It is characterized in that the temperature of the non-installed structure is estimated in consideration of.
In the invention according to
According to the invention of
In the coefficient determination step, the switching from operation to stop or from stop to operation of the heating device is set as the reference time, and the temperature of the installed structure and the heating temperature are changed so as to change according to the elapsed time from the reference time. The coefficient for the temperature information is determined, and the temperature estimation step is characterized in that the temperature of the non-installed structure is estimated based on the temperature of the installed structure, the heating temperature, and the coefficient for the temperature information.
In the invention according to
In order to achieve the above object, the invention according to claim 9 is a plurality of installation structures in which temperature sensors are installed, and a structure different from the installation structure in which the temperature sensor is not installed. in a machine tool having a mounting structure, a method of correcting thermal displacement of the non-mounting structure,
A non-installed structure temperature estimation step for estimating the temperature of the non-installed structure using the temperature estimation method according to any one of
本発明によれば、温度センサの設置構造体の温度測定結果に基づいて、温度を直接測定することが困難な非設置構造体の温度を、簡易な方法で精度よく推定することができる。
特に、ＯＮ・ＯＦＦの２種類の状態で表される運転情報を用いて、状態の切り替わりを基準時間として基準時間からの経過時間に応じて変化するように２つ以上の異なる位置の温度それぞれに対する係数を求める処理を行うので、運転状態がＯＮのときとＯＦＦのときで使用する温度を切り替えることができ、さらに状態の切り替わりのタイミングで推定温度が急激に変化することがなくなり、滑らかに変化するようになる。
そして、工作機械では、温度センサの非設置構造体の推定温度を使用して熱変位量を計算することで、熱変位補正の精度すなわち加工精度を向上させることができる。
請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加えて、運転情報をフラグとして表現し、時定数を設定し、フラグに対して遅れ処理を行うことで温度に対する係数を求めるので、時定数というパラメータで運転状態が変化したときの温度変化の傾向が表現でき、計算式をシンプルな形で表すことができる。よって、実際の温度変化を精度よく推定するためのパラメータ調整が容易になる。
請求項３に記載の発明によれば、上記効果に加えて、時定数をＯＮ→ＯＦＦのときと、ＯＦＦ→ＯＮのときで異なる値に設定することで、それぞれの場合において精度よく温度を推定できる。
請求項４に記載の発明によれば、上記効果に加えて、クーラントの影響による温度変化に適用してクーラントの吐出・停止状態の情報を利用することで、クーラントの使用の有無に関わらず温度を推定できる。また、クーラント温度と構造体温度の両方を用いることで、クーラント吐出開始時において両者の温度差が大きい状況においても対応可能となる。
さらに、クーラントの吐出から停止、および停止から吐出への状態の切り替わりを基準時間として、時間と共に構造体温度とクーラント温度の係数を変化させる処理を行うので、状態の切り替わりのタイミングで推定温度が急激に変化することがなくなり、滑らかに変化するようになる。以上の効果により、クーラントの状態が吐出→停止あるいは停止→吐出に切り替わった後の過渡状態の大きな温度変化にも対応することができる。
請求項５に記載の発明によれば、上記効果に加えて、クーラントを停止させた場合に生じる気化熱による急激な温度の低下に対応するため、２つの時定数および係数を適切に設定すれば、気化熱による温度変化を精度よく推定することが可能となる。
請求項６に記載の発明によれば、上記効果に加えて、気化熱の大きさが環境の湿度や、操作ドアの開閉の影響により変化しても、湿度計により加工空間等の湿度を監視し、それに応じてパラメータを変化させるので、環境が変化しても精度よく気化熱の影響を推定できる。
請求項７に記載の発明によれば、上記効果に加えて、レーザーなどの加熱装置の影響による温度変化に適用するので、加熱温度と設置構造体の温度の両方を用い、停止→加熱、加熱→停止の状態の切り替わりを基準時間として、時間と共に加熱温度と設置構造体の温度の係数を変化させる処理を行うことができる。これにより、状態の切り替わりのタイミングで推定温度が急激に変化することがなくなり、滑らかに変化するようになる。以上の効果により、停止→加熱あるいは加熱→停止に切り替わった後の過渡状態の大きな温度変化にも対応することができる。また、時定数というパラメータで加熱装置を使用したときの温度変化の傾向を表現すれば、計算式をシンプルな形で表すことができ、加工対象のワークが変化したときなどにおいても、実際の温度変化を精度よく推定するためのパラメータ調整が容易になる。
請求項８に記載の発明によれば、ワークや工具等の種類に応じて時定数を設定することで、これらの温度変化を推定することができ、ワークや工具等が変わっても精度よく温度変化を推定することができる。
According to the present invention, the temperature of a non-installed structure, for which it is difficult to directly measure the temperature, can be accurately estimated by a simple method based on the temperature measurement result of the installed structure of the temperature sensor.
In particular, using the operation information represented by the two types of ON and OFF, the temperature at two or more different positions is changed so as to change according to the elapsed time from the reference time with the switching of the states as the reference time. Since the process of obtaining the coefficient is performed, the temperature to be used can be switched between when the operating state is ON and when the operating state is OFF, and the estimated temperature does not change suddenly at the timing of switching the state, and changes smoothly. Will be.
Then, in the machine tool, the accuracy of thermal displacement correction, that is, the machining accuracy can be improved by calculating the amount of thermal displacement using the estimated temperature of the structure in which the temperature sensor is not installed.
According to the invention of
According to the invention of
According to the invention of
Furthermore, since the process of changing the coefficient of the structure temperature and the coolant temperature with time is performed with the state switching from the coolant discharge to the stop and the stop to the discharge as the reference time, the estimated temperature suddenly rises at the timing of the state change. It will not change to, and will change smoothly. With the above effect, it is possible to cope with a large temperature change in the transient state after the state of the coolant is switched from discharge → stop or stop → discharge.
According to the invention of
According to the invention of
According to the invention of
According to the invention of
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、工作機械の一例であるＮＣ旋盤を示す。勿論本発明はマシニングセンタ、複合加工機のような他の形態の工作機械にも適用可能である。
図１のＮＣ旋盤には、刃物台１、サドル２、土台となるベッド３、主軸台４があり、それぞれに温度センサＳ，Ｓ・・が取り付けられている（温度センサの設置部位（設置構造体））。また、刃物台１には、複数の工具を予め取り付けておき、回転させることで使用する工具を変えることが可能なタレット５が取り付けられている。このタレット５には温度センサは取り付けられていない（温度センサの非設置部位（非設置構造体））。これは、タレット５は回転部のため、通常の温度センサでは配線が困難なためである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an NC lathe which is an example of a machine tool. Of course, the present invention is also applicable to other types of machine tools such as machining centers and multi-tasking machines.
The NC lathe of FIG. 1 has a
また、ベッド３の側方には、クーラントタンク６が設けられて、その内部には、クーラントの温度を測定する温度センサＳが取り付けられている。さらに、クーラントタンク６から刃物台１への配管の途中には、流量センサ７が取り付けられており、クーラントタンク６に設けたクーラントポンプ８の吐出／停止の信号が、図示しないＮＣ装置に送られるようになっている。
なお、クーラントを測定する温度センサは、クーラントタンク６内に設置する代わりに配管の途中などクーラント温度変化の影響を敏感に受ける他の部位に設置しても良い。また、クーラントの吐出／停止の信号を取得する方法としては、図１のように配管に設けた流量センサ７から求める方法の他、ＮＣ装置からクーラントポンプ８への指令値を読み込む方法、クーラントポンプ８の回転をセンサで検知する方法などを用いても良い。
Further, a
The temperature sensor for measuring the coolant may be installed in another part sensitively affected by the change in the coolant temperature, such as in the middle of the piping, instead of being installed in the
次に、図１のＮＣ旋盤において、温度センサが設置されていないタレット５の温度を推定する方法について、熱伝達の理論に基づいて考察する。
まずはクーラントの吐出を開始したときの温度変化を考える。
ここで、タレット５の温度をθt、クーラントの温度をθＣとして、タレット５の温度変化と、タレット５とクーラントとの間の熱交換の関係を微分方程式で表すと、以下の式（１）となる。
Next, in the NC lathe of FIG. 1, a method of estimating the temperature of the
First, consider the temperature change when the coolant discharge is started.
Here, [theta] t the temperature of the
式（１）において、ρ、Ｃ、Ｖは、それぞれタレット５の密度、比熱、体積を表している。また、ｈＣは、クーラントとタレット５との間の熱伝達係数、Ａは、タレット５の表面積である。式（１）は、クーラントに対する温度変化時定数をＴＣとして、以下の式（２）（３）のように書き換えることができる。
In the formula (1), ρ, C, and V represent the density, specific heat, and volume of the
この微分方程式（２）を解けば、クーラントがかかったときのタレット温度θｔを求めることができる。微分方程式の解の形を以下の式（４）のように仮定する（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３：定数）。 By solving this differential equation (2), the turret temperature θ t when coolant is applied can be obtained. The form of the solution of the differential equation is assumed as shown in the following equation (4) (C 1 , C 2 , C 3 : constant).
式（４）を式（２）に代入すると、Ｃ２とＣ３とが求められて、以下の式（５）のようになる。 Substituting Eq. (4) into Eq. (2), C 2 and C 3 are obtained, and the following Eq. (5) is obtained.
ここで、クーラントを出し始めるタイミングをｔ＝０として、クーラントを出す前のタレット温度θｔ（０）は、以下の式（６）に示す加工室温度θａｉｒに一致していると仮定できる。 Here, it can be assumed that the turret temperature θ t (0) before the coolant is discharged coincides with the processing chamber temperature θ air shown in the following equation (6), where t = 0 is the timing at which the coolant is started to be discharged.
よって、Ｃ１＝θａｉｒ−θＣとなり、式（５）に当てはめると以下の式（７）となる。 Therefore, C 1 = θ air − θ C , and when applied to the equation (5), the following equation (7) is obtained.
さらに、式を変形すれば、以下の式（８）〜（１０）となる。 Further, if the equation is modified, the following equations (8) to (10) are obtained.
ここで、θＣの係数ｐｃは、クーラントの吐出をステップ入力（停止０から吐出１に変化）で表したとき、クーラント温度を入力とする時定数ＴＣの一次遅れの応答に一致する。一方、θａｉｒの係数ｐａｉｒは、１−ｐＣで表せる。以上より、クーラントの吐出状態をフラグで表し、フラグに対して一次遅れ処理を行ったものを係数とすれば、クーラントがかかったときの温度変化の模擬が可能となることが分かる。
なお、式（６）〜式（８）では、加工室温度θａｉｒを用いたが、かわりに機体温度θｍを使っても同様の計算が成立する。
Here, theta C coefficient p c of, when expressed ejection of coolant at step input (change from the
In equations (6) to (8), the processing chamber temperature θ air was used, but the same calculation can be made by using the machine body temperature θ m instead.
次に、吐出していたクーラントを停止させる場合を考える。このとき、タレット５の温度をθｔ、加工空間の温度をθａｉｒとして、以下の式（１１）（１２）の微分方程式が成り立つ。
Next, consider the case where the discharged coolant is stopped. At this time, the differential equations of the following equations (11) and (12) are established, where the temperature of the
クーラントを停止させたときのタレットの温度変化には、加工空間内の空気とタレットの間の熱伝達係数ｈａｉｒが影響するため、吐出時と異なる時定数Ｔａｉｒで表される。また、式（１１）のＱ（ｔ）は、気化熱を表す関数である。この気化熱を経験則に基づき、
Ｑ（ｔ）／ｈａｉｒＡ＝−Ｋ０ｅ−ｔ／Ｔｖ
と仮定する。ｔ＝０（クーラント停止直後）の気化熱の影響は、−Ｋ０であり、タレット表面から水分が蒸発してなくなるにつれて、単位時間当たりに奪われる熱量は、時定数ＴＶの割合で０に近づいていく。なお、定数Ｋ０やＴＶは、タレット５に付着した水分の量やクーラントの種類、湿度などにより変化すると考えられる。
微分方程式に代入すると、以下の式（１３）となる。
The temperature change of the turret when stopping the coolant, the heat transfer coefficient h air between the air and the turret of the machining space is affected, represented by discharge at a different time constants T air. Further, Q (t) in the equation (11) is a function representing the heat of vaporization. Based on the rule of thumb, this heat of vaporization
Q (t) / h air A = -K 0 et- t / Tv
Suppose. Effect of the heat of vaporization t = 0 (immediately after coolant stop) is -K 0, as moisture from the turret surface is eliminated by evaporation, heat is absorbed per unit time is zero at the rate of the time constant T V Get closer. Incidentally, the constant K 0 and T V is the amount and coolant type of moisture attached to the
Substituting into the differential equation gives the following equation (13).
微分方程式の解の形を以下の式（１４）のように仮定する（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３：定数） The form of the solution of the differential equation is assumed as shown in the following equation (14) (K 1 , K 2 , K 3 : constant).
式（１４）を式（１３）に代入すると、式（１５）（１６）の定数の式となる。 Substituting Eq. (14) into Eq. (13) yields the constant equations of Eqs. (15) and (16).
ここで、クーラントを止めるタイミングをｔ＝０とし、クーラントを止める前のタレット温度θｔは、以下の式（１７）のようにクーラント温度θｃに一致していると仮定する。Ｋ１を定めると、式（１８）となる。 Here, it is assumed that the timing at which the coolant is stopped is t = 0, and the turret temperature θt before stopping the coolant matches the coolant temperature θc as shown in the following equation (17). When K 1 is determined, it becomes equation (18).
以上より、微分方程式の解は、以下の式（１９）となり、この式を簡潔に書き直すと、以下の式（２０）〜（２３）で表すことができる。 From the above, the solution of the differential equation is the following equation (19), and if this equation is briefly rewritten, it can be expressed by the following equations (20) to (23).
式（２１）のｅ−ｔ／Ｔａｉｒは、入力が１から０にステップ状に変化したときの一次遅れとなっている。つまり、クーラントの吐出状態をクーラント停止０、クーラント吐出１のフラグで表せば、クーラント吐出のときと同様、フラグの一次遅れとしてクーラントの係数を表現できることが分かる。また、吐出のときと同様に、第二項のθａｉｒの係数ｐ'ａｉｒは、１−ｐ'Ｃで表せる。
ただし、関係する時定数は、吐出時はクーラント温度を入力とした時定数ＴＣ、停止時は加工空間の温度を入力とした時定数Ｔａｉｒである。一般的に、気体よりも液体を入力とした方が熱伝達されやすく温度変化が速くなり、時定数は小さくなる。よって、吐出時と停止時の処理では別の時定数を用いた方がよいことが分かる。
式（２０）の第一項と第二項は吐出時とほぼ同様であるが、クーラント停止時には気化熱の影響である第三項が追加されることになる。この第三項は、２つの時定数（加工空間温度に対するタレットの時定数Ｔａｉｒと、気化熱の減少を表す時定数ＴＶ）のステップ応答の差に、ある係数αを掛けたものになっている。
The et / Tire of the equation (21) has a first-order delay when the input changes from 1 to 0 in a step-like manner. That is, if the coolant discharge state is represented by the flags of
However, the time constants involved, the discharge time constant T C when the input coolant temperature, when stopping a constant T air when an input temperature of the working space. In general, when a liquid is used as an input rather than a gas, heat is easily transferred and the temperature changes faster, and the time constant becomes smaller. Therefore, it can be seen that it is better to use different time constants for the processing at the time of discharging and the processing at the time of stopping.
The first and second terms of the formula (20) are almost the same as those at the time of discharge, but the third term, which is the influence of the heat of vaporization, is added when the coolant is stopped. The third term, two time constants to the difference between the step response of (a processing space time constant of the turret with respect to the temperature T air, constant T V when representing a reduction in heat of vaporization), become multiplied by certain coefficients α ing.
以上より、クーラントの吐出状態をクーラント停止０、クーラント吐出１のフラグで表し、フラグを入力として、３つの時定数（クーラント温度に対するタレットの時定数ＴＣ、加工空間温度に対するタレットの時定数Ｔａｉｒ、気化熱の減少を表す時定数ＴＶ）での一次遅れ応答を求め、さらにクーラント温度θＣと加工空間温度θａｉｒまたは機体温度θｍを掛け合わせることで、吐出時と、気化熱を考慮した停止時の温度変化の両方を表すことができる。
From the above, represents the discharge state of the
以上の内容をフローに書くと図２のようになる。本実施例では、図２のフローに従ってＮＣ装置が、温度センサＳやクーラントポンプ８からの信号に基づいてタレット５の温度を推定し（Ｓ１〜Ｓ４：非設置部位温度推定ステップ）、推定されたタレット５の温度に基づいて刃先位置の熱変位補正を行う。
まず、クーラントの吐出/停止状態の情報を取得する（Ｓ１：運転情報取得ステップ）。クーラントの吐出/停止状態の情報は、吐出の状態を１、停止の状態を０としたフラグで表す。
次に、工作機械の各部や加工空間およびクーラントタンク６に設けられた温度センサＳより、測定温度データを取得する（Ｓ２：温度情報取得ステップ）。
If the above contents are written in the flow, it will be as shown in Fig. 2. In this embodiment, the NC device estimates the temperature of the
First, information on the discharge / stop state of the coolant is acquired (S1: operation information acquisition step). The coolant discharge / stop state information is represented by a flag in which the discharge state is 1 and the stop state is 0.
Next, the measured temperature data is acquired from the temperature sensors S provided in each part of the machine tool, the machining space, and the coolant tank 6 (S2: temperature information acquisition step).
次に、クーラントの吐出／停止状態フラグに対して遅れ処理を行い、クーラントおよび機械構造（本実施例では刃物台１）の測定温度に対する係数を計算する（Ｓ３：係数決定ステップ）。
次に、各測定温度に係数を掛け合わせて、温度センサが取り付けられていない部位の推定温度（本実施例ではタレット５の推定温度）を計算する（Ｓ４：温度推定ステップ）。
次に、Ｓ４で得られた推定温度を使って推定熱変位を算出する（Ｓ５：熱変位算出ステップ）。この推定熱変位は、例えば、図１のＮＣ旋盤において、推定したタレット温度をΘ０、刃物台測定温度をθ１、サドル測定温度をθ２、ベッド測定温度をθ３、主軸台測定温度をθ４とし、それぞれの温度に対する係数をＣ０〜Ｃ４とすると、刃先での推定熱変位ＸＣは、以下の式（２４）で求められる。
Next, a delay process is performed on the discharge / stop state flag of the coolant, and a coefficient with respect to the measured temperature of the coolant and the mechanical structure (the
Next, the estimated temperature of the portion to which the temperature sensor is not attached (estimated temperature of the
Next, the estimated thermal displacement is calculated using the estimated temperature obtained in S4 (S5: thermal displacement calculation step). For this estimated thermal displacement, for example, in the NC lathe of FIG. 1, the estimated turret temperature is Θ 0 , the turret measurement temperature is θ 1 , the saddle measurement temperature is θ 2 , the bed measurement temperature is θ 3 , and the headstock measurement temperature is Assuming that θ 4 and the coefficients for each temperature are C 0 to C 4 , the estimated thermal displacement X C at the cutting edge is calculated by the following equation (24).
そして、Ｓ６で、Ｓ５で計算された推定熱変位ＸＣだけ、刃先位置を変化させるように熱変位補正を行う（補正ステップ）。
これにより、機械構造の温度変化によって生じる熱変位を効果的に抑制することができる。
Then, in S6, only the estimated thermal displacement X C calculated in S5, performs temperature compensation to change the cutting edge position (correction step).
As a result, the thermal displacement caused by the temperature change of the mechanical structure can be effectively suppressed.
次に、タレット５の推定温度Θ０を計算する方法および効果について例を挙げて説明する。
ある使用条件において、タレットの実測温度θ０、刃物台温度θ１、クーラント温度θＣが図３のように変化したとする。この加工では、１時間後から１１時間後までの間はクーラントを使用して加工を行い、それ以外の時間は加工を停止し、クーラントの吐出も停止している。加工開始前、クーラントの温度はタレット５や刃物台１の温度より５℃程度低くなっている。このような機体とクーラントとの温度差は、冬の早朝などに床付近の温度が冷え込んだ場合や、クーラントの補給を行った場合などに発生する。この状態で吐出を開始すると、タレット５や刃物台１の温度は冷たいクーラントがかかることによって低下する一方、クーラントの温度は機械からの熱を奪って急速に上昇する。
Next, a method and an effect of calculating the estimated temperature Θ 0 of the turret 5 will be described with an example.
Under certain usage conditions, it is assumed that the measured temperature θ 0 of the turret, the turret temperature θ 1 , and the coolant temperature θ C change as shown in FIG. In this processing, the processing is performed using the coolant from 1 hour to 11 hours later, the processing is stopped at other times, and the discharge of the coolant is also stopped. Before the start of processing, the temperature of the coolant is about 5 ° C. lower than the temperature of the
吐出開始から２０〜３０分以内には、クーラントと機体の温度はほぼ同じ温度となり、その後は加工熱やクーラントポンプ８の発熱がクーラントに伝わることによって、クーラントタンク６内のクーラント温度θＣが緩やかに上昇し、それとともにタレット実測温度θ０、刃物台温度θ１も上昇していく。一方、加工を止めた場合には、各温度は低下していく。
また、タレット５と刃物台１の熱容量の違いや、クーラントのかかり方の違いにより、タレット実測温度θ０のほうが敏感に変化し、図４のグラフの点線に示すようにθ０とθ１に温度差が生じる。よって、タレット５の温度の代わりに刃物台温度を使用して熱変位補正を行った場合には、この温度差の影響により補正誤差が生じることになる。クーラントの吐出／停止状態に応じて推定温度の計算方法を変化させてタレット５の推定温度Θ０を求めることにより、この誤差を低減することができる。
Within 20 to 30 minutes from the start of discharge, the temperature of the coolant and the machine body becomes almost the same temperature, and after that, the processing heat and the heat generated by the
Further, the measured temperature of the turret θ 0 changes more sensitively due to the difference in heat capacity between the
推定温度Θ０の具体的な計算方法は、図２のフローに従い、まずタレット５に近い部位の刃物台温度θ１と、クーラント温度θＣとを温度情報として取得する。ついでクーラントの吐出／停止状態の情報を、吐出の状態を１、停止の状態を０としたフラグｕとして取得する。
さらにフラグに対して遅れ処理を行い、係数ｑ１、ｑ２、さらに刃物台温度に対する係数ｐ１、クーラント温度に対する係数ｐＣを計算する。データを取得する時間間隔をΔｔ、現在の値を（ｎ）、一つ前のサンプリングでの値を（ｎ−１） 、フラグの値が切り替わった後充分時間が経過したときの割合をｋとする。推定温度Θ０の計算方法は以下の式（２５）〜（２７）で表される。この式は、式（８）〜（１０）および式（２０）〜（２３）をもとに差分方程式の形で表したものである。
The specific calculation method of the estimated temperature Θ 0 is to first acquire the turret temperature θ 1 and the coolant temperature θ C at a portion close to the
Further, the flag is delayed, and the coefficients q 1 and q 2 , the coefficient p 1 for the turret temperature, and the coefficient p C for the coolant temperature are calculated. The time interval for acquiring data is Δ t , the current value is (n), the value in the previous sampling is (n-1), and the ratio when sufficient time has passed after the flag value is switched is k. And. The calculation method of the estimated temperature Θ 0 is expressed by the following equations (25) to (27). This equation is expressed in the form of a difference equation based on the equations (8) to (10) and the equations (20) to (23).
式（２５）は、クーラントの吐出状態を表すフラグｕ（ｎ）に対し、時定数をＴ１，Ｔ２とする１次遅れのフィルタ処理を行っている。本実施例では１次遅れのデジタルフィルタを用いたが、他の方法で遅れ処理を行っても良い。
式（２６）では、式（２５）で求めた係数に割合ｋを掛けて、クーラント温度に対する係数ｐＣを計算している。また、式（２６）は、各温度に対する係数の和が１となるという条件を表している。測定温度と推定温度とのスケールを一致させるため、通常はこの関係を満たすように各温度に対する係数を決める。式（２６）は２つの温度を使用して推定する場合の例であるが、和が１となる条件を満たすように各温度に対する係数を決定すれば、３つ以上の温度を使用して推定温度を求めることも可能である。
In the equation (25), the flag u (n) representing the discharge state of the coolant is filtered with a first-order lag with the time constants T 1 and T 2. In this embodiment, a first-order delay digital filter is used, but delay processing may be performed by another method.
In equation (26), by multiplying the ratio k to the coefficient determined by equation (25), and calculating the coefficients p C for coolant temperature. Further, the equation (26) expresses the condition that the sum of the coefficients for each temperature is 1. In order to match the scale of the measured temperature and the estimated temperature, the coefficient for each temperature is usually determined so as to satisfy this relationship. Equation (26) is an example of estimation using two temperatures, but if the coefficient for each temperature is determined so as to satisfy the condition that the sum is 1, it is estimated using three or more temperatures. It is also possible to determine the temperature.
クーラントの吐出/停止状態を表すフラグｕ、および式（２５）〜（２６）より計算したクーラント温度の係数ｐＣ、刃物台温度の係数ｐ１をグラフで表すと図５のようになる。これを見ると分かるように、クーラントが出ていないとき、すなわちｕ＝０のときは、ｐＣ＝０、ｐ１＝１に近づいていき、タレット５の推定温度Θ０は、刃物台温度θ１に等しくなる。
一方、クーラント吐出後十分に時間が経過したとき、ｐＣの値はｋに、ｐ１の値は１−ｋに等しくなる。ｋは０から１の間の定数であり、実験結果などを参考に予め設定しておく。通常ｋは１に近い値となるため、クーラントを使用しているときのタレット５の推定温度Θ０はクーラント温度θＣに近い値となる。
Flag u representing the discharge / stop state of the coolant, and the formula (25) the coefficient p C coolant temperature calculated from ~ (26), to represent the coefficients p 1 turrets temperature graph is shown in FIG. As can be seen from this, when the coolant is not discharged, that is, when u = 0, the temperature approaches p C = 0 and p 1 = 1, and the estimated temperature Θ 0 of the
On the other hand, when a sufficient time has passed after the coolant is discharged, the value of p C becomes equal to k and the value of p 1 becomes equal to 1-k. k is a constant between 0 and 1, and is set in advance with reference to experimental results and the like. Since k is usually close to 1, the estimated temperature Θ 0 of the
また、クーラントの吐出・停止の状態が切り替わったとき、すなわちフラグｕの値が変化した場合には、係数ｐＣの変化は時定数Ｔ１の値が大きいほど、ｕの変化に対して遅れることになる。これにより切り替えのタイミングで生じる急激な変化を防ぐことができる。時定数Ｔ１は常に同じ値としても良いが、吐出時と停止時で別の値に設定することでより高精度に推定が可能となる。時定数Ｔ１の決定方法としては、設計時に予め解析して求めた結果を入力しておく方法、実験結果をもとにフィッティングする方法などが考えられる。
式（２６）では、式（２５）で求めた係数を使って温度の線形和を求め、さらに気化熱を考慮した修正項を引くことで推定温度を計算している。修正項は２つの時定数でフィルタ処理を行い、それらの差を取る事により計算する。
Further, when the coolant discharge / stop state is switched, that is, when the value of the flag u changes, the change of the coefficient p C is delayed with respect to the change of u as the value of the time constant T 1 increases. become. This makes it possible to prevent sudden changes that occur at the timing of switching. The time constant T 1 may always be the same value, but it is possible to estimate with higher accuracy by setting different values for the discharge time and the stop time. As a method for determining the time constant T 1, a method of inputting the result obtained by analysis in advance at the time of design, a method of fitting based on the experimental result, and the like can be considered.
In the formula (26), the linear sum of the temperatures is obtained using the coefficient obtained in the formula (25), and the estimated temperature is calculated by subtracting the correction term considering the heat of vaporization. The correction term is calculated by filtering with two time constants and taking the difference between them.
以上の方法を用いて、タレット５の推定温度Θ０を求めると図３の黒い実線のようになる。これを見ると、全体を通してタレット５の推定温度Θ０がタレットの実測温度θ０によく追従していることが分かる。さらに、タレット５の推定温度Θ０および刃物台温度θ１の差を求めると図４の黒い実線のようになる。この結果を点線で示すθ１−θ０と比較すると、クーラント吐出時にはクーラント温度を使用することで、温度推定誤差が大幅に減少していることが分かる。
また、クーラントの吐出／停止が切り替わるタイミングにおいても、急激な変化はなく滑らかな変化となっている。クーラント停止時には機体の温度、クーラントの吐出時には機体の温度に加えてクーラントの温度を使うことで、吐出開始時にクーラントと機体の温度差があっても誤差が小さくなることが分かる。
When the estimated temperature Θ 0 of the
Further, even at the timing at which the coolant discharge / stop is switched, there is no sudden change and the change is smooth. By using the temperature of the airframe in addition to the temperature of the airframe when the coolant is stopped and the temperature of the airframe when the coolant is discharged, it can be seen that the error is small even if there is a temperature difference between the coolant and the airframe at the start of discharge.
また、瞬間的に使用する温度を切り替えると急激な変化が生じてしまうが、遅れ処理を行うことによりその問題を防ぐことができる。さらに、クーラント停止後の誤差についても大幅に減少し、精度よく温度が推定できていることが分かる。
クーラント停止後は気化熱によってタレットの実測温度θ０が急激に変化し、刃物台温度θ１やクーラント温度θＣよりも速い変化となっている。しかし、式（２６）に示すように異なる時定数を使って計算を行えば、気化熱による急激な温度変化についても再現可能である。
Further, if the temperature to be used is changed momentarily, a sudden change occurs, but the problem can be prevented by performing the delay processing. Furthermore, the error after the coolant is stopped is also significantly reduced, and it can be seen that the temperature can be estimated accurately.
After the coolant is stopped, the measured temperature θ 0 of the turret changes rapidly due to the heat of vaporization, which is faster than the turret temperature θ 1 and the coolant temperature θ C. However, if the calculation is performed using different time constants as shown in the equation (26), it is possible to reproduce a sudden temperature change due to the heat of vaporization.
このように、上記形態の温度推定方法及び熱変位補正方法によれば、温度センサＳの設置部位の温度測定結果に基づいて、温度を直接測定することが困難な非設置部位（ここではタレット５）の温度を、簡易な方法で精度よく推定することができる。
また、ＯＮ・ＯＦＦ（吐出・停止）の２種類の状態で表されるクーラントの運転情報を用いて、状態の切り替わりを基準時間として基準時間からの経過時間に応じて変化するように２つ以上の異なる位置の温度それぞれに対する係数を求める処理を行うので、運転状態がＯＮのときとＯＦＦのときで使用する温度を切り替えることができ、さらに状態の切り替わりのタイミングで推定温度が急激に変化することがなくなり、滑らかに変化するようになる。
そして、工作機械では、温度センサの非設置部位の推定温度を使用して熱変位量を計算することで、熱変位補正の精度すなわち加工精度を向上させることができる。
As described above, according to the temperature estimation method and the thermal displacement correction method of the above-described embodiment, it is difficult to directly measure the temperature based on the temperature measurement result of the installation portion of the temperature sensor S (here, the
In addition, using the coolant operation information represented by two types of ON / OFF (discharge / stop), two or more so that the change of state is used as the reference time and changes according to the elapsed time from the reference time. Since the process of obtaining the coefficient for each of the temperatures at different positions is performed, the temperature used can be switched between when the operating state is ON and when the operating state is OFF, and the estimated temperature changes abruptly at the timing of switching the state. Will disappear and it will change smoothly.
Then, in the machine tool, the accuracy of thermal displacement correction, that is, the machining accuracy can be improved by calculating the amount of thermal displacement using the estimated temperature of the non-installed portion of the temperature sensor.
特にここでは、運転情報をフラグとして表現して時定数を設定し、フラグに対して遅れ処理を行うことで温度に対する係数を求めるので、時定数というパラメータで運転状態が変化したときの温度変化の傾向が表現でき、計算式をシンプルな形で表すことができる。よって、実際の温度変化を精度よく推定するためのパラメータ調整が容易になる。
また、時定数をクーラントの吐出→停止のときと、停止→吐出のときで異なる値に設定しているので、それぞれの場合において精度よく温度を推定できる。
さらに、クーラントの影響による温度変化に適用してクーラントの吐出・停止状態の情報を利用することで、クーラントの使用の有無に関わらず温度を推定できる。また、クーラント温度と構造体温度の両方を用いることで、クーラント吐出開始時において両者の温度差が大きい状況においても対応可能となる。
In particular, here, the operation information is expressed as a flag, a time constant is set, and a coefficient with respect to the temperature is obtained by performing delay processing on the flag. Therefore, the temperature change when the operation state changes with a parameter called the time constant. Trends can be expressed and calculation formulas can be expressed in a simple form. Therefore, it becomes easy to adjust the parameters for accurately estimating the actual temperature change.
Further, since the time constant is set to a different value when the coolant is discharged → stopped and when the coolant is stopped → discharged, the temperature can be estimated accurately in each case.
Furthermore, by applying the information on the discharge / stop state of the coolant to the temperature change due to the influence of the coolant, the temperature can be estimated regardless of the presence or absence of the coolant. Further, by using both the coolant temperature and the structure temperature, it is possible to cope with a situation where the temperature difference between the two is large at the start of coolant discharge.
さらに、クーラントの吐出から停止、および停止から吐出への状態の切り替わりを基準時間として、時間と共に構造体温度とクーラント温度の係数を変化させる処理を行うので、クーラントの状態が吐出→停止あるいは停止→吐出に切り替わった後の過渡状態の大きな温度変化にも対応することができる。
加えて、クーラントを停止させた場合に生じる気化熱による急激な温度の低下に対応するため、２つの時定数および係数を適切に設定すれば、気化熱による温度変化を精度よく推定することが可能となる。
Furthermore, since the process of changing the coefficient of the structure temperature and the coolant temperature with time is performed with the change of the state from the discharge of the coolant to the stop and the change of the state from the stop to the discharge as the reference time, the state of the coolant is discharged → stopped or stopped → It is also possible to cope with a large temperature change in a transient state after switching to discharge.
In addition, in order to cope with the sudden temperature drop due to the heat of vaporization that occurs when the coolant is stopped, if the two time constants and coefficients are set appropriately, it is possible to accurately estimate the temperature change due to the heat of vaporization. It becomes.
なお、本実施例では、タレットに近い刃物台の温度とクーラント温度を使用して推定を行ったが、刃物台温度の替わりに加工空間内の温度を測定し、推定に用いても良い。さらに加工空間の温度と機体の温度の平均値を用いるなど、複数の温度を組み合わせて推定に使用することもできる。
さらに、気化熱の大きさは加工空間の湿度によっても影響される。そのため、加工空間内の温度と共に湿度を測定できるようにしておき、湿度に応じて式（２５）のＴ２や式（２７）のαの値の一方又は両方を調整できるようにして、より高精度に気化熱を推定する方法も考えられる。例えば、湿度が高いときは気化しにくく気化熱の影響が小さいためαの値を小さくし、湿度が低いときは気化熱の影響が大きいためαの値を大きくすることが考えられる。これにより、気化熱の大きさが環境の湿度や、操作ドアの開閉の影響により変化しても、湿度計により加工空間等の湿度を監視し、それに応じてパラメータを変化させるので、環境が変化しても精度よく気化熱の影響を推定できる。
In this embodiment, the estimation is performed using the temperature of the turret close to the turret and the coolant temperature, but the temperature in the machining space may be measured instead of the turret temperature and used for the estimation. Furthermore, a plurality of temperatures can be combined and used for estimation, such as using the average value of the temperature of the processing space and the temperature of the airframe.
Furthermore, the magnitude of heat of vaporization is also affected by the humidity of the processing space. Therefore, the humidity can be measured together with the temperature in the processing space, and one or both of the values of T 2 in the formula (25) and α in the formula (27) can be adjusted according to the humidity, so that the value is higher. A method of estimating the heat of vaporization with high accuracy is also conceivable. For example, when the humidity is high, it is difficult to vaporize and the effect of heat of vaporization is small, so the value of α may be reduced, and when the humidity is low, the effect of heat of vaporization is large, so the value of α may be increased. As a result, even if the magnitude of the heat of vaporization changes due to the humidity of the environment or the influence of opening and closing of the operation door, the humidity of the processing space etc. is monitored by the hygrometer and the parameters are changed accordingly, so the environment changes. Even so, the effect of heat of vaporization can be estimated accurately.
また、本実施例では、タレットの温度推定を例に説明したが、温度を推定する部位はクーラントの影響を受ける場所であればどこでも良い。例えばテーブル、パレット、治具、ワーク、工具、ツーリングなどに対しても適用可能である。このとき、式（２５）の時定数Ｔ１およびＴ２は、ワークや工具等の種類によって変化することが想定される。一般にワークや工具の体積が大きければ熱容量が大きくなり、時定数は大きくなる。そのため、ＮＣ装置上でワークや工具に対応する温度変化時定数をパラメータとして設定できるようにしておき、機械に装着しているワークや工具が変わった場合に、その種類に応じたパラメータを読み込んで温度推定と熱変位補正を行う方法が考えられる。温度変化時定数の設定方法は、予め寸法などを元に計算して入力しても良い。あるいは、重量センサや画像情報などから推定し、自動で設定されるようにしても良い。このように、ワークや工具等の種類に応じて時定数を設定することで、これらの温度変化を推定することができ、ワークや工具等が変わっても精度よく温度変化を推定することができる。 Further, in this embodiment, the temperature estimation of the turret has been described as an example, but the part for estimating the temperature may be any place affected by the coolant. For example, it can be applied to tables, pallets, jigs, workpieces, tools, tooling and the like. At this time, it is assumed that the time constants T 1 and T 2 in the equation (25) change depending on the type of work, tool, or the like. Generally, the larger the volume of a work or tool, the larger the heat capacity and the larger the time constant. Therefore, the temperature change time constant corresponding to the work or tool can be set as a parameter on the NC device, and when the work or tool mounted on the machine changes, the parameter corresponding to the type is read. A method of estimating the temperature and correcting the thermal displacement can be considered. The method for setting the temperature change time constant may be calculated and input in advance based on the dimensions and the like. Alternatively, it may be estimated from a weight sensor, image information, or the like and set automatically. In this way, by setting the time constant according to the type of work or tool, these temperature changes can be estimated, and even if the work or tool changes, the temperature change can be estimated accurately. ..
さらに、本実施例ではクーラント使用時の温度推定を例に説明したが、レーザー照射などによりワークを加熱する場合にも同様の考え方で温度の推定が可能である。すなわち、クーラント温度の変わりに、加熱装置の設定温度などを用いて、加熱装置のＯＮ・ＯＦＦの変化をフラグで表し遅れ処理を行うことで、加熱の影響による温度変化を推定することができる。
これにより、状態の切り替わりのタイミングで推定温度が急激に変化することがなくなり、滑らかに変化するようになり、停止→加熱あるいは加熱→停止に切り替わった後の過渡状態の大きな温度変化にも対応することができる。また、時定数というパラメータで加熱装置を使用したときの温度変化の傾向を表現すれば、計算式をシンプルな形で表すことができ、加工対象のワークが変化したときなどにおいても、実際の温度変化を精度よく推定するためのパラメータ調整が容易になる。
Further, in this embodiment, the temperature estimation when the coolant is used has been described as an example, but the temperature can be estimated by the same concept when the work is heated by laser irradiation or the like. That is, the temperature change due to the influence of heating can be estimated by expressing the change of ON / OFF of the heating device with a flag and performing the delay processing by using the set temperature of the heating device instead of the coolant temperature.
As a result, the estimated temperature does not change suddenly at the timing of state switching, but changes smoothly, and it corresponds to a large temperature change in the transient state after switching from stop → heating or heating → stop. be able to. In addition, if the tendency of temperature change when using a heating device is expressed by a parameter called time constant, the calculation formula can be expressed in a simple form, and even when the workpiece to be machined changes, the actual temperature can be expressed. It is easy to adjust the parameters to estimate the change accurately.
１・・刃物台、２・・サドル、３・・ベッド、４・・主軸台、５・・タレット、６・・クーラントタンク、７・・流量センサ、８・・クーラントポンプ、Ｓ・・温度センサ。 1 ... turret, 2 ... saddle, 3 ... bed, 4 ... spindle base, 5 ... turret, 6 ... coolant tank, 7 ... flow sensor, 8 ... coolant pump, S ... temperature sensor ..
Claims (9)
２以上の異なる前記温度センサによる温度情報を取得する温度情報取得ステップと、
ＯＮ・ＯＦＦの２種類の状態で表される所定の運転情報を取得する運転情報取得ステップと、
前記運転情報のＯＮからＯＦＦ或いはＯＦＦからＯＮへの切り替わりを基準時間として、前記基準時間からの経過時間に応じて変化するように各前記温度情報に対する係数をそれぞれ決定する係数決定ステップと、
前記温度情報と前記温度情報に対する係数とに基づいて前記非設置構造体の温度を推定する温度推定ステップと、
を実行することを特徴とする工作機械の温度推定方法。 In a machine tool having a plurality of installation structures that are structures in which temperature sensors are installed and a non-installation structure that is different from the installation structure and in which the temperature sensor is not installed, the non-installation structure Is a method of estimating the temperature of
A temperature information acquisition step of acquiring temperature information by the previous SL temperature sensor 2 or more Ru different name,
A driving information acquisition step for acquiring predetermined driving information represented by two types of ON / OFF, and a driving information acquisition step.
A coefficient determination step of determining a coefficient for each temperature information so as to change according to the elapsed time from the reference time, with the switching of the operation information from ON to OFF or from OFF to ON as a reference time.
A temperature estimation step for estimating the temperature of the non-installed structure based on the temperature information and a coefficient for the temperature information, and
A machine tool temperature estimation method characterized by performing.
前記温度情報は、前記設置構造体の温度に加えて、クーラント温度を含み、
前記運転情報は、前記クーラントの吐出・停止であって、
前記係数決定ステップでは、前記クーラントの吐出から停止或いは停止から吐出への切り替わりを基準時間として、前記基準時間からの経過時間に応じて変化するように前記設置構造体の温度と前記クーラント温度とのそれぞれに対して前記温度情報に対する係数を決定し、
前記温度推定ステップでは、前記設置構造体の温度と前記クーラント温度と、前記温度情報に対する係数とに基づいて前記非設置構造体の温度を推定することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の工作機械の温度推定方法。 The machine tool can use coolant and
The temperature information is, in addition to the temperature of the mounting structure includes a coolant temperature,
The operation information is the discharge / stop of the coolant.
In the coefficient determination step, the temperature of the installation structure and the coolant temperature are set so as to change according to the elapsed time from the reference time, with the switching from discharge to stop or stop to discharge of the coolant as a reference time. For each, determine the coefficient for the temperature information and
The temperature estimation step is any one of claims 1 to 3 , wherein the temperature of the non-installed structure is estimated based on the temperature of the installed structure, the coolant temperature, and a coefficient with respect to the temperature information. The method for estimating the temperature of a machine tool described in.
前記温度推定ステップでは、前記遅れ処理を行った２つの前記時定数の差分に所定の係数を掛けることにより、前記クーラントの停止後の気化熱による温度変化を推定し、その温度変化を加味して前記非設置構造体の温度を推定することを特徴とする請求項４に記載の工作機械の温度推定方法。 In the coefficient determination step, two time constants are set in advance, and delay processing is performed using each of the time constants for the flag to determine the coefficient for the temperature information.
In the temperature estimation step, the temperature change due to the heat of vaporization after the coolant is stopped is estimated by multiplying the difference between the two time constants subjected to the delay processing by a predetermined coefficient, and the temperature change is taken into consideration. The method for estimating the temperature of a machine tool according to claim 4, wherein the temperature of the non-installed structure is estimated.
前記温度情報は、前記設置構造体の温度に加えて、前記ワークへの加熱温度を含み、
前記運転情報は、前記加熱装置の運転・停止であって、
前記係数決定ステップでは、前記加熱装置の運転から停止或いは停止から運転への切り替わりを基準時間として、前記基準時間からの経過時間に応じて変化するように前記設置構造体の温度と前記加熱温度とのそれぞれに対して前記温度情報に対する係数を決定し、
前記温度推定ステップでは、前記設置構造体の温度と前記加熱温度と、前記温度情報に対する係数とに基づいて前記非設置構造体の温度を推定することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の工作機械の温度推定方法。 The machine tool is provided with a heating device capable of processing or heat-treating the work by heating.
The temperature information is, in addition to the temperature of the mounting structure includes a heating temperature to the workpiece,
The operation information is the operation / stop of the heating device.
In the coefficient determination step, the temperature of the installation structure and the heating temperature are set so as to change according to the elapsed time from the reference time, with the switching from the operation to the stop or the switching from the stop to the operation of the heating device as the reference time. Determine the coefficient for the temperature information for each of
The temperature estimation step is any one of claims 1 to 3 , wherein the temperature of the non-installed structure is estimated based on the temperature of the installed structure, the heating temperature, and a coefficient with respect to the temperature information. The method for estimating the temperature of a machine tool described in.
請求項１乃至８の何れかに記載の温度推定方法を用いて前記非設置構造体の温度を推定する非設置構造体温度推定ステップと、
推定された温度を用いて熱変位量を計算する熱変位算出ステップと、
算出された熱変位量に基づいて工具の刃先位置を補正する補正ステップと、
を実行することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。 In a machine tool having a plurality of installation structures which are structures in which temperature sensors are installed and a non-installation structure which is different from the installation structure and in which the temperature sensor is not installed, the non-installation structure It is a method to correct the thermal displacement of
A non-installed structure temperature estimation step for estimating the temperature of the non-installed structure using the temperature estimation method according to any one of claims 1 to 8.
A thermal displacement calculation step that calculates the amount of thermal displacement using the estimated temperature,
A correction step that corrects the cutting edge position of the tool based on the calculated thermal displacement amount,
A method of correcting thermal displacement of a machine tool, characterized by performing.
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